Robust control of robotic manipulators based on left inverse system and variable structure model reference adaptive control

Abstract

This work proposes a control structure to be applied to robotic manipulators, which are articulated mechanical systems composed of links connected by joints. The proposed controller can be divided into two parts. The first one is a left inverse system, which is used to decouple the dynamic behavior of the joints. The second is a sliding mode controller, which is applied for each decoupled joint. It is important to note that the proposed structure, using only input/output measurements, reduces the control signal 'chattering', and it is robust to parametric uncertainties. Besides all the characteristics presented, the proposed structure simplifies the design of sliding mode controller to be applied in robotic manipulators. All these features are verified by simulations.

Controlador adaptativo aplicado em um robô manipulador com três juntas de revolução

“…O manipulador robótico a ser controlado (equação 13)é um sistema MIMO não linear. Este trabalho utilizará o controlador proposto por Dias et al (2016), o qual utiliza um método de inversãoà esquerda para sistemas não lineares associadoà uma técnica de controle adaptativo. O sistema inverso proposto por Dias et al (2016)…”

“…Na literatura existem várias técnicas de controles para manipuladores robóticos, como nos trabalhos de Chern and Wu (1992), Utkin et al (1999), Ferrara and Lombardi (2007), Shi et al (2008), Tso et al (1991). Aqui será utilizada a técnica proposta por Dias et al (2016), a qual a partir de uma técnica de inversão de sistemas, transforma o modelo dinâmico do manipulador de um sistema MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) não linear em um conjunto de sistemas SISO (Single-Input Single-Output) lineares, sendo um sistema SISO para cada junta e, em seguida, aplica-se um controlador adaptativo por modelo de referência e estrutura variável para controlar cada junta. O controlador adaptativo garantirá a robustez com relação as incertezas paramétricas, mudanças na carga e distúrbios externos.…”

“…Em resumo, este artigo visa estender os resultados obtidos por Dias et al (2016) ao aplicar a técnica proposta em um manipulador com movimentação espacial em três dimensões. A técnica, até este trabalho, só havia sido testada apenas em um manipulador planar.…”

“…Como já era esperado, a técnica de controle desenvolvida porDias et al (2016) demonstrou umótimo desempenho em todas as situações simuladas. Embora o manipulador RRR 3 D.O.F.…”

From adaptive control to variable structure systems – seeking harmony

“…The work by Dias, Queiroz, Araujo, and Dias proposes a control structure to be applied to robotic manipulators. The proposed controller can be divided into two parts.…”